使我们追随这史上最牛望远镜的步伐,一起返回宇宙的(那一个)黑暗时代
哈勃拍攝了它能够见到的最历史悠久星系的相片——在这儿看到了——但詹姆斯韦伯外太空望远镜能够上溯到更长远的時间。 (图片出处:美国nasa)
有些人称 NASA 的詹姆斯韦伯(James Webb)外太空望远镜是“吞食天文学的望远镜”。 它是迄今为止最强有力的外太空望远镜,也是提升人们的水利学極限的繁杂机械设备创造物。 2021 年 12 月 18 日,通过数年的拖延和数十亿美元的成本费超预算,该望远镜方案发送进到正轨并迎领下一个天文学时期。
我是一名科学家,主攻观察宇宙学。 我科学研究漫长的星系早已 30 年了。 有关宇宙的一些较大的难以解决的难题与爆发以后的初期宇宙相关。 第一个恒星和星系是什么时候产生的? 哪一个先发生,为何? 我十分激动科学家很有可能没多久便会解开星系怎么开始的小故事,由于詹姆斯韦伯(James Webb)外太空望远镜是特意为回应以下难题而修建的。
宇宙的黑喑阶段
许多直接证据说明宇宙起源于138亿光年前的爆发,以后宇宙进入了一个极端化高溫密度高的的情况。在爆发以后,宇宙马上逐渐澎涨并制冷出来。爆发一秒之后,宇宙的直徑澎涨到上百万亿公里,平均气温是180亿华氏度(100亿℃)。爆发后约40萬年,宇宙直徑做到了一千万光年,溫度降低到5500华氏度(3000℃)。假如这个时候有些人观查宇宙,会发觉宇宙如同一个很大的保温灯一样传出暗红色的光。
在这里段期内,宇宙如同一锅匀称的汤,弥漫着高能粒子,辐射源,氢和氦。宇宙沒有一切构造可谈。伴随着宇宙越来越越来越大,溫度急剧下降,这火锅锅底慢慢变的愈来愈较稀,宇宙越来越愈来愈黑喑。这就是生物学家常说的宇宙的“黑喑阶段”。
黑喑阶段的这火锅锅底并非彻底匀称的,因此在吸引力的功效下,小地区内的汽体逐渐相互之间集聚,相对密度越来越大。光滑的宇宙越来越充满了小汽体团,这种低回声区便是最后产生恒星,星系,及其宇宙中别的全部物品的种籽。
虽然在绝望阶段宇宙中看不见什么,但它依然是宇宙演化史上的一个主要的环节。
宇宙初期的光抵达地球上时是红外线(比红光波长更长)。(彩色图库:Inductiveload/NASA via Wikimedia Commons, CC BY-SA)
找寻第一条光
在吸引力的功效下,第一批恒星和星系产生并逐渐传出第一道光源的情况下,黑喑阶段就结束了。科学家并不清楚第一条光是什么时候造成的,最好是的猜想是在爆发的一亿年后。她们一样不清楚到底是恒星最先产生或是星系最先产生。
根据当今由暗能量核心的在吸引力功效下宇宙中构造构成的基础理论,像恒星和星团那样的小星体很有可能最先产生,随后由他们产生矮星系,再产生像太阳系那样的大一点的星系。与目前的恒星对比,宇宙中的第一批恒星是独特的,他们的色度是如今恒星的百万倍,但存活時间非常短。他们又亮又热随后去世,留有能做到千倍太阳质量的超级黑洞,这种超级黑洞有可能就变成了星系产生的种籽。
科学家十分期待能科学研究这一奇妙又关键的宇宙阶段,但检测第一条光十分地具备趣味性。与现如今大品质光亮的星系对比,第一批星系十分小,并且因为宇宙的澎涨,他们如今远在百亿光年以外。除此之外,第一批恒星被他们产生时剩余的汽体包围着,这种汽体如同雾一样消化吸收了大多数的光,光辐射必须 上亿光年的时间段才可以从这片黑暗中逃离。当这种光抵达地球上时,他们早已十分暗弱了。
但挑戰并不仅仅有这种。
伴随着宇宙澎涨,穿行在这其中的光波长被不断变长。这就是红移效用,使光波长较短的光(例如高清蓝光)变为光波长较长的光(例如彩光或是红外线)。用一个有缺憾的对比而言,这类似当一辆车从你自己开过,车传出的响声的声调便会降低。
当130亿光年前从初期恒星或初期星系传出的光抵达地球上的情况下,它的光波长被宇宙澎涨变长了10倍,变成了红外线,代表着这种光波长比彩光还需要长。假如要寻找第一条光,就一定在红外线范畴找寻。
好似时光机器的望远镜
望远镜如同时光机器,假如一个星体离大家一万光年远,这表明它传出的光必须 一万年才可以抵达地球上。科学家向宇宙最深处看的越长,她们向以往看的時间就越长。
詹姆斯韦伯望远镜是特意为检测宇宙中历史悠久的星系设计方案的(彩色图库:NASA/Desiree Stover, CC BY)
技术工程师们特别为詹姆斯韦伯望远镜干了提升,使其能检测到较早的恒星或星系传出的黯淡的红外线。与哈勃外太空望远镜对比,詹姆斯韦伯望远镜的照相机视场角比它大15倍,集光工作能力比它高6倍,感应器也调整变成对红外线更比较敏感。
观察的对策是,长期盯住一片天区向最深处观察,尽量地多搜集能看见的比较远最原始的星系传出的光。拥有如此的数据信息,或许能够了解黑喑阶段是在什么时候以哪种方法完毕的。但也有别的一些主要的发觉,例如协助大家了解暗能量(占宇宙总品质80%的神秘物质)的实质。
勒布朗詹姆斯?韦伯外太空望远镜新项目是美国航天局试着过的技术水平较大的新项目。但我认为,它协助回应的关键问题使大家投入的每一分勤奋全是适合的。我与其余的科学家们都是在兴奋地等候着观察数据信息在2022年的某一情况下逐渐传到。
BY:Chris Impey
FY:Astronomical volunteer team
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